DESCRIÇÃO DO PROCESSO

Se peças se deformarem durante o tratamento térmico ou se surgirem Trincas, freqüentemente isso é devido à liberação de tensões residuais

Estas tensões residuais são provenientes de:

• resfriamento desigual após Fundição (em relação à seção transversal da peça);
• operações de usinagem;
• conformação a frio;
• conformação a quente;
• tratamento térmico;
• soldagem.

Estas tensões podem ser reduzidas pelo Tratamento térmico de Alívio de Tensões.

A 450 °C, as tensões já são reduzidas aproximadamente à metade. Temperaturas entre 550°C e 650°C são usuais. A temperatura de Tratamento deve ser tão baixa, para que não ocorram mudanças de estrutura indesejáveis, devendo também ser inferior à temperatura de revenimento aplicada numa eventual têmpera anterior. É essencial que a peça alcance a mesma temperatura no seu todo, sendo em seguida resfriada lentamente no forno, de forma que não surjam grandes Gradientes de temperatura pela seção transversal.

O Tratamento térmico para alívio de tensões é feito imediatamente antes da última usinagem.

Outros esclarecimentos sobre o Tratamento térmico para alívio de tensões

O Tratamento térmico para alívio de tensões é definido como o Tratamento à temperatura abaixo de temperatura inferior crítica A1, seguido de resfriamento lento para reduzir as tensões internas, sem alteração intencional da estrutura.

Neste processo, as propriedades das peças a serem tratadas não são alteradas significativamente. A superposição de tensões internas com tensões de esforços poderá levar a alterações de forma indesejáveis (empenamento) ou até mesmo à ruptura. Quando o surgimento destas dificuldades é previsível, por exemplo, após o resfriamento de uma peça fundida ou após a têmpera, então o Tratamento para alívio de tensões deverá ser realizado, na medida do possível, imediatamente após o surgimento de tensões (especialmente quando houver risco de surgimento de trincas).
Na maioria dos materiais, a resistência e a tensão de escoamento diminuem com o aumento da temperatura. Conseqüentemente, o Tratamento para alívio de tensões inclui sempre um aquecimento completo a patamar de temperatura. O tempo de Tratamento deve ser de 1 a 2 horas após a homogeneização da temperatura. Entretanto, por motivos de segurança, a temperatura máxima de Tratamento deve ser de 20 °C a 30 °C abaixo da temperatura de revenimento.

Além da uniformização e mantimento da temperatura ideal de Tratamento, são de particular importância para o sucesso do Tratamento para alívio de tensões um aquecimento e resfriamento lentos. O aquecimento para a temperatura de Tratamento deve ser tão lento que a tensão de escoamento a quente seja alcançado tão uniformemente quanto possível por toda a seção transversal (dependendo do tipo de aço e da composição). Isso se deve ser observado às materiais mais sensíveis a variação de temperatura e de baixa tenacidade ou de zonas relativamente frágeis, tais como ferro fundido, peças soldadas, peças temperadas (em especial peças com a têmpera superficial). O resfriamento a partir da temperatura de Tratamento para alívio de tensões é considerado a etapa mais importante do processo, porque um processo rápido demais poderá resultar não apenas numa redução pequena das tensões, mas até mesmo num aumento de tensões em comparação com o estado inicial, mesmo que todas as outras etapas do processo (aquecimento, uniformização do calor, manutenção da temperatura) sejam realizadas corretamente. É recomendável uma velocidade de resfriamento entre 50 e 100 °C/h.

Em reator a plasma, o Tratamento para alívio de tensões é feito no vácuo, de modo que não há oxidação na peça.

Mas, após este tipo de tratamento, deve se contar com uma elevada proporção de tensão residual, quando for especificada uma temperatura de Tratamento relativamente baixa. Se esta tensão residual, porém, exceder o limite permitido, então a única solução será usar um aço com maior temperabilidade, já que as tensões residuais geradas na tempera são bem menores. Em outros materiais, a temperatura máxima também não pode ser excedida, em consideração às alterações de resistência. Por este motivo, por exemplo, o ferro fundido não deve ser tratado a temperaturas acima de 550 °C. Em geral, quanto menor for a temperatura de Tratamento, tanto maior deverá ser a duração do Tratamento. Aços que são endurecíveis por precipitados, e de grãos fino de alta resistência devem ser cuidadosamente tratados para alívio de tensões. Deverá ser observado, que a temperatura não pode ficar abaixo da faixa de temperaturas entre 530 °C e 580 °C (alívio de tensões insuficiente), nem acima dela (deterioração das propriedades mecânicas, devido à influência da condição de precipitação). Também para este tipo de aços sensíveis é possível obter uma redução de tensões sem formação de trincas, através do uso de técnicas para o Tratamento especificado. Esta tecnologia do alívio de tensões é definida pelo nível de tensões residuais previsto, sendo que o período de manutenção na temperatura e a temperatura deverão ser ajustados entre si conforme o parâmetro estudador por Hollomon-Jaffe.

Tabela obtida a partir da tecnologia desenvolvida por Hollmon-Jaffe

Quanto mais baixa a tensão residual desejada, maior será a temperatura de Tratamento recomendada dentro da faixa ideal para o tratamento. De modo geral, pode-se dizer que o Tratamento para alívio de tensões abaixo de 400 ºC não faz sentido, pois a esta temperatura a tensão de escoamento de todos os materiais consideráveis ainda é bem alto. Uma exceção é o alívio de tensões entre 150 °C e 200 °C, realizado em peças com têmpera superficial, mais para minimizar a perda da dureza superficial do que pensando na maior eliminação de tensões. Por outro lado, a temperatura de alívio deve ser sempre acima da temperatura máxima de uso.

Por exemplo, componentes feitos de aço para rolamentos são geralmente aliviados por 1 ou 2 horas entre 150 °C e 180 °C após a têmpera, para reduzir as tensões, aumentar a tenacidade e obter uma estabilização da estrutura, combinada com a estabilidade dimensional suficiente. O uso de temperaturas de revenimento mais elevadas ou de períodos de revenimento mais longos causaria uma indevida queda de dureza e, conseqüentemente, a perda de capacidade de carga e vida útil das peças do rolamento.

Tensões residuais

Tensões residuais são tensões no interior de uma peça, existentes sem a ação de forças externas. Logo, dentro de um componente as áreas de tensão residual de tração devem estar em equilíbrio com as áreas nas quais há tensões residuais de compressão.

Tensões residuais podem surgir em qualquer etapa da fabricação da peça. As causas são diferenças de temperatura ou de deformação. Durante a contração de peças fundidas, em tratamentos térmicos e soldagens, as altas velocidades de resfriamento inevitavelmente levam a tensões residuais, as quais são tanto mais elevadas quanto maiores as diferenças de espessura de parede e quanto mais complexa for a forma da peça.

Diferentes níveis de deformação causam, tanto na conformação a frio, quanto na conformação a quente, tensões residuais de maior ou menor intensidade. Também a usinagem causa tensões, pelo menos nas áreas próximas à superfície.